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0 引言
戶外耐候性是涂料，特別是外用涂料最重要的性能指標之一，是指涂層戶外曝曬時能夠抵擋外界環(huán)境各種變化的性能，如涂層的失光、變色、粉化、附著力、強度的損失，以及腐蝕。戶外所用的機械產(chǎn)品，如汽車、飛機、火車、橋梁以及近期開發(fā)的風電能源設(shè)備等都對所用涂料的保護性，特別是戶外耐候性提出了越來越高的要求。如何評價涂料（涂層）的耐候性一直是涂料行業(yè)長期研究的課題，引起涂層破壞的過程主要是在陽光、水、空氣的環(huán)境中光引發(fā)的氧化降解和水的降解作用。高濕度的環(huán)境會促進光的氧化降解，也會促進水的降解作用；在高溫下，光的氧化降解和水的降解作用這兩個過程都會得到增強；在酸性環(huán)境下，酸雨會促進水的降解作用。在大氣中，還有氮和碳化物以及臭氧都會引起涂層中聚合物的降解，大氣溫度及濕度的變化會使涂層或者底材產(chǎn)生膨脹和收縮，從而引起涂層開裂。這些過程變化的速度快慢取決于涂料組成、底材的處理和所處地區(qū)，以及季節(jié)變化等。
1 涂料耐候性的評價測試方法
涂料耐候性的評價測試方法分為戶外曝曬試驗及實驗室人工氣候加速老化試驗兩種方法。
1.1 戶外天然曝曬試驗
戶外曝曬試驗是一種相對比較可靠的方法，但所需時間較長（一般經(jīng)2~3 a 曝曬）。為了縮短曝曬時間，一般選擇地處高溫高濕、高日照量的亞熱帶氣候環(huán)境，例如美國的南佛羅里達州，我國的海南就是理想的涂料曝曬場地。一般戶外曝曬試驗所需時間較長，不適用于預測實際使用性能或作為研究項目的選擇。
1.2 人工氣候加速老化試驗方法
我國的人工氣候加速老化試驗方法由機械電子工業(yè)部提出，國家技術(shù)監(jiān)督局于1993 年6 月10 日起批準為國家標準GB/T 14522—1993，主要針對機械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料。人工氣候加速老化試驗方法標準的實施對涂料品種的評價、選擇以及生產(chǎn)提供了一定的依據(jù)。但是由于該試驗方法采用人造光源，不論是采用標準的紫外線- 冷凝試驗，還是人工氣候試驗，其試驗結(jié)果與戶外曝曬試驗結(jié)果仍有一定差距，基至有些情況會得到相反的結(jié)果。過分依賴人工氣候加速老化試驗結(jié)果有時會誤導好的涂料品種的選擇，甚至造成不必要的經(jīng)濟損失。有的涂料產(chǎn)品人工氣候加速老化試驗結(jié)果比較理想，但實際使用時，短期內(nèi)涂層就開始被破壞。
2 人工氣候加速老化試驗存在的問題
有許多儀器用作涂層的人工氣候加速老化試驗，是將樣板置于不同波長分布的紫外線光源下進行試驗，且經(jīng)受水噴霧（或高濕度）的循環(huán)試驗。雖然目前它是被廣泛應用的一種測試方法，但其結(jié)果往往與戶外曝曬試驗結(jié)果有較大出入，甚至會有相反的結(jié)果。典型的例子：如為了進一步提高涂料的耐久性，加入位阻胺光穩(wěn)定劑（HALS），通過人工氣候加速老化試驗對其進行評判，因結(jié)果不理想，幾乎要放棄該涂料的應用，但其戶外曝曬試驗結(jié)果好而受到了研究者的重視，因而使其繼續(xù)完善和發(fā)展。另一個典型例子是聚酯聚氨酯涂料采用人工氣候加速試驗進行評估，結(jié)論是沒有一種常用儀器是適用的，是由于所有人造光源都會造成聚酯聚氨酯涂料中的鄰或間苯二甲酸酯基團的損失，而這種現(xiàn)象在戶外曝曬試驗（如美國佛羅里達州向南45°）未曾發(fā)現(xiàn)。一般認為在人工氣候加速老化試驗中帶有鄰苯二甲酸酯基團的聚酯聚氨酯涂料的耐候性比丙烯酸聚氨酯涂料差。人工氣候加速老化試驗造成鄰或間苯二甲酸酯基團的損失是由于來自于人造光源的短波光線（<290nm）強烈的、非自然的輻射過量所致。筆者曾花數(shù)年時間對國內(nèi)外用于汽車及要求較高的工業(yè)產(chǎn)品用聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料進行了人工氣候加速老化試驗及戶外曝曬試驗（西安地區(qū)）比較，其結(jié)果也充分證實了上述觀點。某些聚酯聚氨酯涂料只能通過約300 h 人工氣候加速試驗，如涂料中加入紫外線吸收劑則更差；丙烯酸聚氨酯涂料一般可通過600~1 000 h 或更長時間人工氣候加速老化試驗，而同樣的涂料品種在戶外曝曬達1~3 a 后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)涂料產(chǎn)品的試驗結(jié)果與人工氣候加速試驗基本上是相反的（見表1）。
幾種聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料戶外曝曬試驗結(jié)果
注：（1）涂料樣品：B-015 為進口羥基丙烯酸樹脂，NV（不揮發(fā)物含量）為70%，羥值約為150 ；B-2960 為國產(chǎn)羥基丙烯酸樹脂，NV 為60%，羥值為100 ；C-015 為國產(chǎn)羥基聚酯樹脂，NV 為70%，羥值為150 ；C-028 為國產(chǎn)羥基聚酯樹脂，NV 為60%，羥值約為100。（2）曝曬地點：西安市西郊工業(yè)園區(qū)廠房頂朝南45°。（3）制板：鐵紅聚氨酯底漆，白色聚酯聚氨酯涂料或丙烯酸聚氨酯涂料罩面。 
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戶外耐候性是涂料，特別是外用涂料最重要的性能指標之一，是指涂層戶外曝曬時能夠抵擋外界環(huán)境各種變化的性能，如涂層的失光、變色、粉化、附著力、強度的損失，以及腐蝕。戶外所用的機械產(chǎn)品，如汽車、飛機、火車、橋梁以及近期開發(fā)的風電能源設(shè)備等都對所用涂料的保護性，特別是戶外耐候性提出了越來越高的要求。如何評價涂料（涂層）的耐候性一直是涂料行業(yè)長期研究的課題，引起涂層破壞的過程主要是在陽光、水、空氣的環(huán)境中光引發(fā)的氧化降解和水的降解作用。高濕度的環(huán)境會促進光的氧化降解，也會促進水的降解作用；在高溫下，光的氧化降解和水的降解作用這兩個過程都會得到增強；在酸性環(huán)境下，酸雨會促進水的降解作用。在大氣中，還有氮和碳化物以及臭氧都會引起涂層中聚合物的降解，大氣溫度及濕度的變化會使涂層或者底材產(chǎn)生膨脹和收縮，從而引起涂層開裂。這些過程變化的速度快慢取決于涂料組成、底材的處理和所處地區(qū)，以及季節(jié)變化等。
1 涂料耐候性的評價測試方法
涂料耐候性的評價測試方法分為戶外曝曬試驗及實驗室人工氣候加速老化試驗兩種方法。
1.1 戶外天然曝曬試驗
戶外曝曬試驗是一種相對比較可靠的方法，但所需時間較長（一般經(jīng)2~3 a 曝曬）。為了縮短曝曬時間，一般選擇地處高溫高濕、高日照量的亞熱帶氣候環(huán)境，例如美國的南佛羅里達州，我國的海南就是理想的涂料曝曬場地。一般戶外曝曬試驗所需時間較長，不適用于預測實際使用性能或作為研究項目的選擇。
1.2 人工氣候加速老化試驗方法
我國的人工氣候加速老化試驗方法由機械電子工業(yè)部提出，國家技術(shù)監(jiān)督局于1993 年6 月10 日起批準為國家標準GB/T 14522—1993，主要針對機械工業(yè)產(chǎn)品用塑料、涂料、橡膠材料。人工氣候加速老化試驗方法標準的實施對涂料品種的評價、選擇以及生產(chǎn)提供了一定的依據(jù)。但是由于該試驗方法采用人造光源，不論是采用標準的紫外線- 冷凝試驗，還是人工氣候試驗，其試驗結(jié)果與戶外曝曬試驗結(jié)果仍有一定差距，基至有些情況會得到相反的結(jié)果。過分依賴人工氣候加速老化試驗結(jié)果有時會誤導好的涂料品種的選擇，甚至造成不必要的經(jīng)濟損失。有的涂料產(chǎn)品人工氣候加速老化試驗結(jié)果比較理想，但實際使用時，短期內(nèi)涂層就開始被破壞。
2 人工氣候加速老化試驗存在的問題
有許多儀器用作涂層的人工氣候加速老化試驗，是將樣板置于不同波長分布的紫外線光源下進行試驗，且經(jīng)受水噴霧（或高濕度）的循環(huán)試驗。雖然目前它是被廣泛應用的一種測試方法，但其結(jié)果往往與戶外曝曬試驗結(jié)果有較大出入，甚至會有相反的結(jié)果。典型的例子：如為了進一步提高涂料的耐久性，加入位阻胺光穩(wěn)定劑（HALS），通過人工氣候加速老化試驗對其進行評判，因結(jié)果不理想，幾乎要放棄該涂料的應用，但其戶外曝曬試驗結(jié)果好而受到了研究者的重視，因而使其繼續(xù)完善和發(fā)展。另一個典型例子是聚酯聚氨酯涂料采用人工氣候加速試驗進行評估，結(jié)論是沒有一種常用儀器是適用的，是由于所有人造光源都會造成聚酯聚氨酯涂料中的鄰或間苯二甲酸酯基團的損失，而這種現(xiàn)象在戶外曝曬試驗（如美國佛羅里達州向南45°）未曾發(fā)現(xiàn)。一般認為在人工氣候加速老化試驗中帶有鄰苯二甲酸酯基團的聚酯聚氨酯涂料的耐候性比丙烯酸聚氨酯涂料差。人工氣候加速老化試驗造成鄰或間苯二甲酸酯基團的損失是由于來自于人造光源的短波光線（<290nm）強烈的、非自然的輻射過量所致。筆者曾花數(shù)年時間對國內(nèi)外用于汽車及要求較高的工業(yè)產(chǎn)品用聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料進行了人工氣候加速老化試驗及戶外曝曬試驗（西安地區(qū)）比較，其結(jié)果也充分證實了上述觀點。某些聚酯聚氨酯涂料只能通過約300 h 人工氣候加速試驗，如涂料中加入紫外線吸收劑則更差；丙烯酸聚氨酯涂料一般可通過600~1 000 h 或更長時間人工氣候加速老化試驗，而同樣的涂料品種在戶外曝曬達1~3 a 后發(fā)現(xiàn)，多數(shù)涂料產(chǎn)品的試驗結(jié)果與人工氣候加速試驗基本上是相反的（見表1）。
幾種聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料戶外曝曬試驗結(jié)果
注：（1）涂料樣品：B-015 為進口羥基丙烯酸樹脂，NV（不揮發(fā)物含量）為70%，羥值約為150 ；B-2960 為國產(chǎn)羥基丙烯酸樹脂，NV 為60%，羥值為100 ；C-015 為國產(chǎn)羥基聚酯樹脂，NV 為70%，羥值為150 ；C-028 為國產(chǎn)羥基聚酯樹脂，NV 為60%，羥值約為100。（2）曝曬地點：西安市西郊工業(yè)園區(qū)廠房頂朝南45°。（3）制板：鐵紅聚氨酯底漆，白色聚酯聚氨酯涂料或丙烯酸聚氨酯涂料罩面。
3 值得討論的問題
如上所述，人工氣候加速老化試驗結(jié)果，不能簡單直接地推斷出涂料的實際使用壽命。雖然人工加速老化儀在不斷地完善，使它的試驗結(jié)果盡量接近于日光中的紫外線輻射，但開發(fā)出一種十分完善的人工加速老化儀是比較困難的，或者說目前是不太可能的。這是因為戶外環(huán)境對曝曬樣板的作用變化無窮，而任何一種人工加速老化試驗，在試驗期間，穩(wěn)定劑因揮發(fā)的損失是微不足道的，但對長期實際使用的涂料來說，卻是至關(guān)重要的。所以過分依賴人工加速老化試驗結(jié)果，會誤導對涂料真實性能的判斷，有時會得出相反的結(jié)果。
聚酯聚氨酯涂料和丙烯酸聚氨酯涂料在應用上一直是有爭議的涂料。我國應用較多的是丙烯酸聚氨酯涂料，聚酯聚氨酯涂料雖然具有良好的光澤、豐滿度、鮮映性和耐候性，但由于人工加速老化儀的誤判，它在國內(nèi)仍然得不到應有的重視。近期國內(nèi)外正開發(fā)聚酯改性羥基丙烯酸樹脂或是在一種涂料中同時使用聚酯及丙烯酸樹脂，以便在性能上互補。
